DE2811553A1

DE2811553A1 - Vielfachelektronenstrahlenbuendel- expositionssystem

Info

Publication number: DE2811553A1
Application number: DE19782811553
Authority: DE
Inventors: Roger Fabian Wedgewood Pease
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1977-03-23
Filing date: 1978-03-16
Publication date: 1978-09-28
Also published as: IT1107180B; JPS53117387A; FR2385222B1; CA1100237A; GB1596351A; IT7867634A0; DE2811553C2; FR2385222A1; US4153843A

Description

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Beschreibung

Die Erfindung befaßt sich mit einem Hochgeschwindigkeitsverfahren zur Festlegung von hochaufgelösten Mikrominiaturmustern in einer strahlungsempfindlichen Schicht, bei dem ein Feld von Strahlenbündeln erzeugt, das Strahlenbündelfeld so gerichtet wird, daß es auf die Oberfläche der Schicht auftrifft, so daß auf dieser ein Feld einer Vielzahl von einen Abstand voneinander aufweisenden Strahlungsflecken erscheint, und eine Rasterabtastung der Flecken durchgeführt wird, um die Oberfläche im Einklang abzutasten, sowie mit einer Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Die US-PS 3 900 737 beschreibt ein als EBES bekanntes Elektronenstrahlenbündelexpositionssystem (wobei Exposition ein Sammelbegriff für Bestrahlung und Belichtung ist), das ein praktisches Werkzeug für die Erzeugung hochqualitativer, feingemusterterMasken für integrierte Schaltungen darstellt. Das System ist auch dazu geeignet, Muster direkt auf resistbeschichteten Halbleiterscheiben zu exponieren (mit Resist wird

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in der vorliegenden Beschreibung ein gegenüber Elektronenstrahlen empfindlicher Lack bezeichnet). EBES kombiniert eine kontinuierliche Verschiebung der Maske oder des Scheibensubstrats mit einer periodischen Ablenkung des Elektronenstrahlenbündels in einer Rasterabtastbetriebsweise.

Eine vorteilhafte Modifikation des EBES ist beschrieben in der P 27 04 441.3.

Bei diesem modifizierten System ist die Musterschreibgeschwindigkeit des EBES durch Verwendung einer neuen Art der Rasterabtastung erhöht worden. Bei der neuen Art werden die Schreibfleckabmessungen des abtastenden Elektronenstrahlenbündels während des Rasterabtastvorgangs mit hoher Geschwindigkeit geändert.

Die US-PS 3 491 236 zeigt eine Linsenmatrix zur individuellen Fokussierung getrennter Teile eines flutlichtartigen Elektronenstrahlenbündels. Die einzelnen Strahlenbündelteile werden nicht individuell moduliert. Es ist versucht worden, noch andere Möglichkeiten zur Erhöhung der Musterschreibgeschwindigkeit des EBES zu schaffen. Das Hauptmotiv für solche Anstrengungen ist der Wunsch nach einer Erhöhung der Durchsatzleistung eines solchen Systems. Auf diese Weise werden

ORiGiNAL. INSPECTED

die Kosten pro Fläche, die vom abtastenden Elektronenstrahlenbündel exponiert wird, reduziert und wird die wirtschaftliche Attraktivität von EBES als ein lilbographisches Werkzeug verbessert. Ein weiteres Motiv zur Schaffung solcher Modifikationen ist die Überlegung, daß man in einem solchen schnelleren System zugunsten einer feineren Adressenstruktur oder der Verwendung eines weniger empfindlichen Elektronenresists Abstriche bei einer höheren Durchsatzleistung machen kann.

Überdies hat man im Verlauf der Versuche für die Entwicklung verbesserter EBES-Vorrichtungen erkannt, daß sog. Nachbarschaftseffekte unerwünschte Veränderungen der Elektronendosis, die zu verschiedenen Adressenpositionen des Resistmaterial geliefert wird, verursachen. Folglich sind auch Anstrengungen auf den Versuch gerichtet worden, einfache und zuverlässige Methoden zur Kompensation solcher Effekte zu schaffen.

Diese Probleme werden erfindungsgemäß mit einer Vielfach— strahlenbündel verwendenden Abtastmethode gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß einzelne Strahlenbündel unabhängig ausgetastet werden.

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Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte Form einer speziellen, beispielsweisen Elektronenapparatur oder Elektronensäule, die entsprechend den erfindungsgemäßen Prinzipien aufgebaut ist;

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein viele Öffnungen aufweisendes Plattenteil, das in der Säule der Fig. 1 enthalten ist;

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Ablenkeinheit, die

so aufgebaut ist, daß sie die Möglichkeit einer unabhängigen Austastung für jedes der vielen Elektronenstrahlenbündel gibt, die je durch die öffnungen des Plattenteils der Fig. 2 laufen;

Fig. 4

und 5 Komponentenelemente der in Fig. 3 gezeigten

Einheit;

Fig. 6 eine diagrammartige Darstellung eines elementaren Oberflächenbereichs eines resistbeschichteten Werkstücks;

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Fig. 7, zusammengenommen eine schematische Dar-

8A und 8B

stellung der Weise, in welcher die Ablenkeinheit der Fig. 3 entsprechend einem speziellen, beispielsweisen Aspekt der erfindungsgemäßen Prinzipien gesteuert wird; und

Fig. 9 die räumliche Zuordnung der Fig. 7, 8A und

8B.

Kurz ausgedrückt werden die Ziele der vorliegenden Erfindung mit einem speziellen, beispielsweisen System verwirklicht, das eine Elektronensäule (Elektronenstrahlapparatur) aufweist,

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in der eine verkleinerte Abbildung eines Feldes beleuchteter öffnungen fokussiert und über der Oberfläche eines resistbeschichteten Werkstücks abgetastet wird. Dem Feld der öffnungen ist eine Austasteinheit zugeordnet, um eine unabhängige Austastmöglichkeit für jedes der Elektronenstrahlenbündel zu schaffen, die das Öffnungsfeld durchlaufen. In diesem Zusammenhang bedeutet "austasten", daß verhindert wird, daß das Elektronenstrahlenbündel das Werkstück erreicht. Ein solches EBES kann in einer schnelleren Arbeitsweise als ein herkömmliches System betrieben werden. Zusätzlich kann das beispielsweise System so betrieben werden, daß die Elektronendosis, die einer jeden Adressenposition auf der Resistbe-

3 809839/0881 __lM ita?^"⁰

schichtung geliefert wird, selektiv gesteuert wird, wodurch Nachbarschaftseffekte kompensiert werden.

Fig. 1 zeigt eine spezielle, beispielsweise, erfindungsgemäße litographische Vorrichtung zur steuerbaren Abtastung einer Vielzahl schmaler Elektronenflecken über der oberen Oberfläche einer Elektronenresistschicht 10, die sich auf einem Substrat 12 befindet. Das Substrat 12 ist auf· einem herkömmlichen x-y-beweglichen Tisch 16 angeordnet. Es sind verschiedene positive und negative Elektronenresistmaterialen bekannt, die sich für die Schicht eignen. Durch selektives Abtasten einer Vielzahl von Elektronenflecken über der Oberfläche der Resistschicht 10 in einer hochgenauen und sehr schnellen Weise, wie es weiter unten beschrieben ist, ist es möglich, Masken für integrierte Schaltungen herzustellen oder direkt auf eine resistbeschichtete Scheibe zu schreiben, um äußerst kleine und genaue integrierte Schaltungen mit niedrigen Kosten herzustellen. Eine Beschreibung einiger Resistmaterialien, die als Schicht 10 geeignet sind, findet sich beispielsweise in einem zweiteiligen Artikel von L. F. Thompson mit dem Titel "Design of Polymer Resists for Electron Lithography", Solid State Technology, Teil 1: Juli 1974, S. 27-30; Teil 2: August 1974, S. 41-46.

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Die Vorrichtung nach Fig. 1 kann man als zwei Hauptbestandteile enthaltend betrachten. Einer ist eine nachfolgend im einzelnen beschriebene Elektronenstrahlapparatur oder Elektronenstrahlsäule, die gekennzeichnet ist durch hochgenaue, hochschnelle Ablenkeigenschaften, ähnlich jenen, wie sie die in der US-PS 3 801 79 2 beschriebene Säule aufweist. Zusätzlich ist die dargestellte Säule nach den erfindungsgemäßen Prinzipien gekennzeichnet durch die Möglichkeit der Abtastung einer Vielzahl unabhängig austastbarer Strahlenbündel über ein resistbeschichtetes Werkstück. Diese letztgenannte Eigenschaft wird nachfolgend besonders ausführlich beschrieben.

Der andere Hauptbestandteil der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung umfaßt eine Steuervorrichtung 14 und eine Speichereinheit 15. Die Vorrichtung 14 ist beispielsweise von der Art, wie sie in der bereits genannten US-PS 3 900 737 beschrieben ist. Die Speichereinheit 15 ist der Vorrichtung zugeordnet und wird von dieser gesteuert. Binäre Darstellungen, die in der Einheit 15 gespeichert sind, bestimmen, ob jedes einzelne der vielen Abtastelektronenstrahlenbündel in räumlich getrennten Adressenpositionen, die auf der Oberfläche des resistbeschichteten Werkstücks definiert sind, ein oder aus ist. Die Einheiten 14 und 15 liefern zusammen elektrische

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Signale an die dargestellte Säule, um das

Abtasten und Austasten der in der Säule erzeugten Vielfachelektronenstrahlenbündel systematisch zu steuern. Überdies liefern diese Einheiten Steuersignale an den x-y-Tisch 16, um das Werkstück 10 während des Elektronenstrahlen bündelabtastvorgangs mechanisch zu verschieben, wie es in der genannten US-PS 3 900 737 beschrieben ist.

Die speziell dargestellte Elektronenstrahlensäule der Fig. 1 umfaßt eine herkömmliche Quelle 18 für die Erzeugung eines Elektronenstrahlenbündels. Die Querschnittskontur des von der Quelle 18 in Fig. 1 erzeugten Elektronenstrahlenbündels ist in der Zeichnung durch gestrichelte Linien dargestellt. Wie Fig. 1 zeigt, zeigen die Wege der von der Quelle emittierten Elektronen aufeinanderfolgend Divergenz und Konvergenz, während die Elektronen entlang einer Längsachse 20 abwärts in Richtung zur Werkstückoberfläche 10 wandern.

Beispielsweise umfaßt die Quelle 18 einen normalen Lanthanborid-Elektronenemitter, der gekennzeichnet ist durch einen Quellendurchmesser von etwa 20 μπι und einen anfänglichen

-2 Strahlenbündeldivergenzwinkel von etwa 4 χ 10 Radian.

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23 ι : ,-)3

Das von der Quelle 18 der Fig. 1 gelieferte Elektronenstrahlenbündel durchläuft eine herkömmliche elektromagnetische Linse 22 (beispielsweise eine Ringspule mit Eisenpolstücken), die am Überkreuzungspunkt 24 eine Abbildung der Quelle erzeugt. Anschließend wird das Strahlenbündel durch eine andere Normallinse 26 in der durch die gestrichelten Linien angedeuteten Weise derart gerichtet, daß es senkrecht auf eine mit öffnungen versehene Platte 28 auftrifft. Das von der Säule nach Fig. 1 erzeugte Elektronenstrahlenbündel ist so ausgelegt, daß es die öffnungen in der Platte 28 stark und gleichförmig beleuchtet. An der Oberfläche der Platte 28 beträgt der Durchmesser des auftreffenden Strahlenbündels beispielsweise etwa 3 mm.

Gemäß einer speziellen beispielsweisen Ausführungsform der Erfindung besitzt die Platte 28 der Fig. 1 ein quadratisches Teil mit einer Seitenlänge von etwa 2 mm, das eine Matrix von 8 χ 8 in gleichem Abstand angeordneten kreisförmigai Durchgangslöchemaufweist (Fig. 2). Beispielsweise besitzt jede der dargestellten 64 öffnungen einen Durchmesser von 100 μπι, und der Mitte-zu-Mitte-Abstand benachbarter öffnungen beträgt etwa 250 μΐη.

Demgemäß erzeugt die Säule nach Fig. 1 viele einzelne Elektronenstrahlenbündel auf der Unterseite der mit öffnungen ver-

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ί, ö I ". ν) O

sehenen Platte 28. Als nächstes durchlaufen die Strahlenbündel erfindungsgemäß eine Ablenkeinheit 30, die so beschaffen ist, daß sie für jedes der einzelnen Strahlenbündel die Möglichkeit einer unabhängigen Austastung schafft.

Bei einem typischen Einzelpunkt-Abtastsystem erreicht nur ein sehr kleiner Bruchteil (weniger als 0,1 %) des Kathodenstroms das Target (die Zielplatte). Läßt man Vielfachstrahlenbündel auf das Target auftreffen, wird dieser Bruchteil um einen Faktor erhöht, der etwa gleich der Anzahl der Strahlenbündel ist, da die verfügbare Stromdichte die Neigung besitzt, durch die Elektronenkanone festgelegt zu sein.

Eine spezielle beispielsweise Ausführungsform der Ablenkeinheit 30 wird nachfolgend im einzelnen beschrieben. Zuvor werden jedoch andere Komponenten, die in Fig. 1 gezeigt sind, spezifiziert. Diese Komponenten umfassen zusätzliche herkömmliche Linsen 3 2 und 34 und eine zwischen diesen angeordnete Platte 36. Die Platte 36 besitzt ein einziges, zentral angeordnetes Durchgangsloch, das als eine Austastöffnung funktioniert. Strahlenbündel, die von der Einheit 30 nicht abgelenkt worden sind, werden durch die Linse 3 2 derart gerichtet, daß sie durch die Öffnung in der Platte 36 gelangen. Andererseits werden Strahlenbündel, die von der Einheit 30 abgelenkt worden sind, so gerichtet, daß sie auf einen nicht geöffneten

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Teil der Platte 36 auftreffen. Solche Strahlenbündel werden natürlich daran gehindert, unterhalb der Platte 36 zu erscheinen.

Die elektromagnetischen Linsen 32 und 34 bilden ein herkömmliches symmetrisches Doublet (Zweilinser). Wird durch die Ablenkeinheit 30, die mit der mit einer Öffnung versehenen Platte 36 zusammenwirkt, keinerlei Strahlenbündelaustastung erzeugt, erzeugen diese Linsen ein verkleinertes

Zwischenbild der gesamten durch die Platte 28 definierten Öffnungsmatrix. Dieses Bild erscheint beispielsweise am Punkt 40 in einer Ebene, die senkrecht zur Achse 20 der Fig. 1 verläuft.

Eine weitere Verkleinerung der genannten Matrix oder des Feldes der Elektronenstrahlenbündel wird durch zusätzliche herkömmliche Linsen 42 und 44 erreicht, die in Fig. 1 schematisch dargestellt sind. Zusätzlich v/erden die Strahlenbündel durch eine normale elektromagnetische Rasterabtasteinheit 46 gemeinschaftlich selektiv abgelenkt, so daß sie an spezifizierten, einen Abstand aufweisenden Positionen in einem speziellen Teilbereich der Werkstückoberfläche 10 erscheinen. Zutritt zu anderen Teilbereichen der Oberfläche 10 wird erreicht durch mechanische Bewegung der Oberfläche mit Hilfe beispielsweise eines computergesteuerten Mikromanipulators, wie es

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in der genannten US-PS 3 900 737 beschrieben ist.

Mit Hilfe der in Fig. 1 gezeigten speziellen, beispielsweisen Vorrichtung wird also ein Feld von einen Abstand aufweisenden Elektronenstrahlenbündel·! auf die Oberfläche eines resistbeschichteten Werkstücks gerichtet und über diese Oberfläche rasterabgetastet. Beispielsweise besitzt jedes dieser Strahlenbündel an der Oberfläche der Resistschicht 10 einen kreisförmigen Querschnitt und einen Durchmesser von 0,25 \im. Während des Abtastvorgangs wird eine Intensitätsmodulation eines jeden Strahlenbündels an aufeinanderfolgenden Adressenpositionen durchgeführt. Während aufeinander folgender, in einem Abstand durchgeführter, linearer Abtastungen wird bei jeder Adressenposition jedes Elektronenstrahlenbündel unabhängig von den anderen Abtaststrahlenbündeln ausgetastet oder nicht. Beispielsweise wird angenommen, daß 512 Adressenpositionen mit gleichem Abstand längs einer jeden durch ein Strahlenbündel abgetasteten Linie liegen.

Während jeder einzelne Elektronenstrahlenbündelfleck längs einer Spalte des erfindungsgemäßen Abtastfeldes abgelenkt wird, wird die Intensität des Flecks moduliert, beispielsweise mit einer Folgefrequenz von 10 Megahertz, und zwar durch die Strahlenbündelaustasteinheit 30, die mit der eine

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öffnung aufweisenden Platte 36 der Fig. 1 zusammenwirkt. Diese Modulationsfrequenz entspricht einer Einzcladressen-Expositionszeit von 100 Nanosekunden, was mit den Empfindlichkeiten verfügbarer Elektronenresistmaterialien verträglich ist.

Eine Draufsicht auf die Ablenkeinheit 30 der Fig. 1 ist in Fig. 3 gezeigt. Die Einheit umfaßt einen Befestigungsblock 50 aus einem isolierenden oder leitenden Material, an dem bei einer speziellen, beispielsweisen Ausführungsform acht dünne metallisierte Platten 52 bis 59 befestigt sind. Ferner ist am Block 50 eine leitende Erdungsplatte 60 befestigt.

Die Fig. 3 umfaßt gestrichelte Kreise, um die Ausrichtung der einzelnen Elektronenstrahlenbündel, die aus der mit Löchern versehenen Platte 28 (Fig. 1) austreten, mit der Einheit 30 zu zeigen. Jeder Kreis in Fig. 3 zeigt den Querschnitt eines solchen Strahlenbündels, während es die Einheit 30 durchläuft. Bei der in Fig. 3 gezeigten speziellen Anordnung sind Elektrodenfinger, die als Muster auf einer Seite einer jeden der Platten 52 bis 59 angeordnet sind, je in z-Richtung neben einer Seite (beispielsweise der unteren Seite) der gezeigten Elektronenstrahlenbündel angeordnet. Ein ungemustertes leitendes Teil ist in Fig. 3 auf der Oberseite einer jeden Strahlenbündelreihe angeordnet und elektrisch

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mit einem Bezugspotential, wie Erde, verbunden.

Eine Perspektivansicht des Blocks 50 ohne die daran befestigten Platten 52 bis 60 ist in Fig. 4 gezeigt. Die Platte 52 der Fig. 3 ist so ausgelegt, daß sie an der Rückwand 62 des Blocks gemäß F.ig. 4 montiert werden kann. Die aufeinanderfolgend breiteren Platten 53 bis 59 sind derart beschaffen, daß sie je zwischen entsprechenden Stufen des Blocks der Fig. 4 montiert werden können.'Schließlich ist die Erdungsplatte 60 (Fig. 3) derart bemessen, daß sie auf den vorderen Oberflächen 64 und 66 des Blocks der Fig. 4 befestigt werden kann.

Die auf dem Block 50 befestigten acht gemusterten Platten 52 bis 59 sind in Fig. 5 gezeigt. Jede Platte besitzt ein isolierendes Teil, an dessen beiden Seiten je eine dünne leitende Schicht haftet. Bei jeder Platte ist die leitende Schicht lediglich auf einer Seite gemustert, beispielsweise durch Laseroberflächenbearbeitung, um darauf ein Elektrodenmuster zu bilden. Betrachtet man beispielsweise die Platte in Fig. 5, sieht man, daß die leitende Schicht auf der Oberseite zur Erzeugung von acht Elektrodenfingern 67 bis 74, die elektrisch voneinander isoliert sind, gemustert worden ist. Diese Finger sind durch Musterteile der leitenden Schicht je mit einer entsprechenden von Anschlußzonen 75 bis 82, die

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Bondflecken (Zuleitungsdrahtbefestigungsstellen) bilden, elektrisch verbunden. Mittels geeigneter elektrischer Verbindungen (nicht gezeigt), werden Spannungen an die einzelnen Zonen 75 bis 8 2 angelegt, uln unabhängige Austastpotentiale an den Elektrodenfingern 67 bis 74 zu erzeugen.

Die ungemusterte Seite oder Rückseite einer jeden der Platten 52 bis 59 der Fig. 5 ist mit Erde verbunden. Überdies ist die Platte 60 (Fig. 3) ebenfalls mit Erde verbunden. Mit Hilfe einer solchen strukturellen Anordnung ist es möglich, unabhängige Austastsignale zu erzeugen, um irgendein spezielles oder irgendwelche speziellen der vielen Elektronenstrahlenbündel, die durch die Einheit 30 laufen, abzulenken, ohne unbeabsichtigte Ablenkungen irgendeines anderen Strahlenbündels zu verursachen.

Ein elementarer Teilbereich auf der Oberfläche der Resistschicht 10 (Fig. 1) kann beispielsweise ein Rechteck aufweisen, daß 128 μΐιχ 4 mm mißt. Ein solches Rechteck, das in der Vorstellung in Komponentenquadrate je mit einer Seitenlänge 0,25 μπι aufgeteilt ist, ist in Fig. 6 gezeigt. Eine herkömmliche Rasterabtastung mit einem einzigen Elektronenstrahlenbündel mit einem Durchmesser von 0,25 um tritt in der y-Richtung Spalte für Spalte auf, wenn der Tisch 16 die Werkstücküberfläche kontinuierlich in -x-Richtung bewegt.

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Bei einer Gtandard-EBES-Anlage wird im Verlauf der Rasterabtastung zu einem Zeitpunkt ein runder Adressenbereich bestrahlt oder nicht bestrahlt, was beispielsweise davon abhängt, ob eine die Adresse darstellende gespeicherte Ziffer eine "1" oder "0" ist. Eine solche Arbeitsweise ist ausführlich in der genannten US-PS 3 900 737 beschrieben.

Entsprechend einem Aspekt der erfindungsgemäßen Prinzipien werden zu einem Zeitpunkt mehrere einen Abstand voneinander aufweisende Spalten des in Fig. 6 gezeigten Teilbereichs gleichzeitig je durch mehrere Elektronenstrahlenbündel abgetastet. In einem speziellen, beispielsweisen Fall, wie er hier spezifiziert ist, werden gleichzeitig acht einen Abstand aufweisende Spalten auf der Werkstückoberfläche durch acht unabhängig austastbare Elektronenstrahlenbündel abgetastet. So durchlaufen beispielsweise während einer speziellen Abtastung in der y-Richtung (Fig. 6) die acht Strahlenbündel gemeinschaftlich je die Spalten mit den Nummern 7, 14, 21, 28, 35, 42, 49 und 56. Während dieser Abtastung haben benachbarte Strahlenbündel auf der Oberfläche der Resistschicht 10 (Fig. 1) in der x-Richtung einen Abstand von 7 Spaltenbreiten oder Adressenpositionen, überdies wird entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Erfindung jedes der Abtaststrahlenbündel an jeder Adressenposi-

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tion unabhängig ausgetastet oder nicht, während es nacheinander die längs einer jeden Spalte definierten 512 Adressenpositionen durchläuft.

Bei einer speziellen Arbeitsweise entsprechend den erfindungsgemäßen Prinzipien wird das resistbeschichtete Werkstück 12 (Fig. 1) zwischen aufeinanderfolgenden y-Richtungs-Abtastungen mechanisch um acht Spaltenbreiten oder Adressenpositionen in der -x-Richtung (Fig. 6) bewegt. Folglich verlaufen bei dieser Arbeitsweise für das im unmittelbar vorausgehenden Absatz spezifizierte besondere Beispiel die acht Strahlenbündel als nächstes gemeinschaftlich je die mit 15, 22, 29, 36, 43, 50, 57 und 64 numerierten Spalten. Mittels dieser in einander geschobenen Abtastweise wird jede Spalte mit einer höheren Nummer als 56 einmal durch eines der acht Abtaststrahlenbündel in der y-Richtung durchlaufen und selektiv exponiert.

In manchen praktisch wichtigen Fällen mag es nicht möglich sein, die Abtastelektronenstrahlenbündel auf der Targetoberfläche soweit zu trennen, wie es zuvor angegeben war. In diesen Fällen kann die hier beschriebene Vielfachstrahlenbündelabtastweise durchgeführt werden, indem eine zusätzliche Strahlenbündelablenkung in der x-Richtung (Fig. 6) erzeugt wird. Wenn die Strahlenbündel an der Targetoberfläche

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beispielsweise nur durch zwei Spaltenbreiten getrennt wären, würden beispielsweise zuerst die Spalten 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 und 15 abgetastet und würden dann die Spalten 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 und 16 durchlaufen. Jn diesem Fall wird eine zusätzliche x-Ablenkung benutzt, um die Strahlenbündel mit den richtigen Adressen auf der Targetoberfläche auszurichten.

In jedem der oben spezifizierten beiden besonderen Strahlenbündeltrennungsfallen beträgt die Geschwindigkeit des mechanischen Vorschubs des resistbeschichteten Werkstücks acht Spalten pro y-Richtung-Abtastung, anstelle einer Spalte pro Abtastung (wie es für eine Standard-EBES-Anlage charakteristisch ist). Diese Erhöhung ist ein direktes Maß für die vergrößerte Expositionsrate, die durch ein System möglich gemacht wird, das entsprechend den erfindungsgemäßen Prinzipien aufgebaut ist.

Bisher ist besonders hingewiesen worden und wird weiter hingewiesen auf eine spezielle erfindungsgemäße Ausführungsform, die eine mit öffnungen versehene Platte aufweist, die ein zweidimensionales Feld von durchgehenden Öffnungen aufweist (wie die Platte 28 in Fig. 2). Aus der vorausgehenden Beschreibung geht bereits hervor, daß diese Ausführungsform

ein zweidimensionales Feld von Elektronenstrahlenbündeln erzeugen kann, das selektiv über die Werkstückoberfläche abgetastet wird. Die vorteilhafte Eigenschaft einer solchen Ausführungsform wird weiter unten noch deutlicher werden. Man beachte jedoch, daß für manche praktisch interessante Anwendungen auch eine Ausführungsform, die eine mit öffnungen versehene Platte auf v/eist, die lediglich eine lineare Reihe von Durchgangsöffnungen aufweist/ ein leistungsvolles Werkzeug ist. Bei einer Äusführungsform dieser letzteren Art erstreckt sich die lineare Reihe der öffnungen senkrecht zur elektrischen Ablenk- oder Durchlaufrichtung (die elektrische Durchlaufrichtung ist beispielsweise die in Fig, gezeigte y-Ricntung) .'

In der besonderen„ beispielsweisen Äusführungsform, wie sie nachfolgend beschrieber; ist, ist eine zweidimensionale Anordnung von Elektronenstrahlenbündeln vorgesehen. Jedes Strahlenbündel in einer solchen Anordnung wird mitteis beispielsweise der speziellen Einheit 30, i-iie sie in den Fig. bis 5 gezeigt ist, unabhängig ausgetastet. Für Überlegungszwecke kann man davon ausgehen, daß die Einheit 30 ein 8x8-FeId aus unabhängigen Strahlenbündelaustastfceileinheiten aufweist, die je ein Paar elektrostatische Ablenkplatten besitzen. Ein solches FeId^ das 64 einzelne Teileinheiten aufweist, ist schematisch in Fig. 7 gezeigt.

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Die in Fig. 7 gezeigten Austastteileinheiten B„ bis B_R1 steuern je eines der acht Elektronenstrahlenbündel, die längs einer einzigen Spalte abgetastet werden, die mit der y- oder elektronischen Abtastrichtung auf der selektiv bestrahlten Oberfläche des Werkstücks ausgerichtet ist. Es sei beispielsweise angenommen, daß benachbaite dieser Strahlenbündel durch gleiche Abstände derart getrennt sind, daß eine gegebene Adresse auf dem Werkstück T Nanosekunden exponiert wird, nachdem sie durch das benachbarte Abtaststrahlenbündel exponiert worden ist. In einem solchen Fall bewirkt eine Verzögerung des an B₁₁ angelegten Austastsignals um eine Zeit T vor dem Anlegen des Signals an B_?1 ein gleichmäßiges Muster, das an einer gegebenen Adresse mit der doppelten Elektronendosis exponiert wird. Eine solche Betriebsart kann auf die Teileinheiten B₀. bis B₀₁

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erstreckt werden, um die einer gegebenen Adresse zugeführte Dosis weiter zu erhöhen.

Die zuvor erwähnte Betriebsweise wird erreicht, indem einfach die jeweiligen Austastsignale an die in Fig. 7 gezeigten Teileinheiten B₁₁ bis B₁₈ angelegt werden und dann jedes dieser Signale um T Nanosekunden verzögert wird, bevor es einer jeden der aufeinander folgenden Teileinheiten in der zugeordneten y-Richtung-Spalte der Teileinheiten zugeführt wird. So wird beispielsweise in einer solchen Anordnung das

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über Leitung 90 (Fig. 7) auf die linke Platte der Teileinheit B₁₁ gegebene Signal in einer Verzogerungseinhext

91 um T Nanosekunden verzögert, bevor es an die linke Platte der Teileinheit B₂₁ gelegt wird. In diesem Fall kann eine Gattereinheit 9 2 aus der dargestellten Schaltung weggelassen werden und es kann eine direkte elektrische Verbindung von der linken Platte der Teileinheit B₁₁ zur oberen Seite oder Eingangsseite der Verzögerungseinheit 91 hergestellt werden. Alternativ kann die Gattereinheit 92 an ihrer Stelle belassen werden. In diesem Fall wird, solange kein Sperrsignal an den linken Eingangsanschluß der Einheit

92 angelegt ist, das an dessen rechten Eingangsanschluß angelegte Signal zur Verzogerungseinhext 91 übertragen (da bei dieser Anordnung die Einheit 9 2 selbst einen bestimmten Betrag an Verzögerung einbringt, muß die Verzögerung der Einheit 91 exakt um diesen Betrag verringert werden).

Bei der zuvor genannten beispielsweisen Betriebsart wird das ursprünglich an B₁₁ in Fig. 7 angelegte Austastsignal weiter der Reihe nach verzögert, um die zusätzlichen Teileinheiten Bt₁ bis Bg₁ zu steuern. In exakt der gleichen Weise werden die unabhängigen Austastsignale, die gemeinschaftlich auf B₁₉ bis B_1R gegeben werden, ebenfalls suczessiv verzögert, bevor sie auf die darunter gezeigten Teileinheiten gegeben werden, welche die y-Richtung-Spalten des Feldes bilden.

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Obwohl die beschriebene Arbeitsweise für einige Anwendungen attraktiv ist, ist es in der Praxis oft mehr erwünscht, die Dosis an jeder Adresse selektiv variieren zu können , als gleichmäßig eine achtfache Dosis auf diese aufzubringen. Dieser Wunsch rührt von der Tatsache her, daß von in der Nähe befindlichen exponierten Zonen gestreute Elektronen' teilweise die gegenwärtig exponierte Adresse exponieren. Wenn die meisten der nahe gelegenen Adressen exponiert werden, braucht folglich nur eine kleinere Dosis direkt auf die gegenwärtig exponierte Adresse aufgebracht zu werden. Da bereits Information über die Exposition benachbarter Adressen verfügbar ist, ist es möglich, die örtliche Dosis nach festgelegten Regeln zu steuern. Auf diese Weise ist es möglich, eine gleichmäßigere Exposition einer Resistschicht zu erreichen.

Die Fig. 7, 8A und 8B bilden zusammen betrachtet eine besondere ,beispielsweise Anordnung, bei welcher die acht nächsten Nachbarn oder Adressenpositionen der gegenwärtig exponierten Adresse abgetastet werden. Musterinformation für den zu exponierenden Bereich ist gespeichert, wie es durch Spaltenzahlen in zehn seriellen Speichern M bis M_g (Fig. 8A und 8B) gezeigt ist. Beispielsweise enthält der Speicher M^ eine zuvor entworfene binäre Darstellung, welche das in Spalten 7, 15, 23, 31, 39, 47 . zu exponierende

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Muster angibt. Der Speicher M₁ enthält in jedem seiner numerierten Abschnitte eine 512-Bit-Zahl, von deren "0"-oder "!"-Ziffern jede festlegt, ob das durch die Teileinheit B₁₁ (Fig. 7) gesteuerte Strahlenbündel an den 512 aufeinanderfolgenden Adressenstellen in Spalte Nr. 7 aus bzw. ein ist.

Die in entsprechenden Abschnitten der Speicher M₁ bis M₀

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gespeicherten 512-Bit-Zahlen werden im Einklang in serieller Weise mit einer bestimmten Frequenz aus diesen ausgelesen. Mittels einer herkömmlichen Speicherausleseschaltungsanordnung (die in den Fig. 8A und 8B nicht explicit gezeigt ist), werden die Inhalte der entsprechenden Abschnitte der Speicher M- bis Μ« je über ein entsprechendes von Schieberegistern 101 bis 108 auf die entsprechenden Austastteileinheiten B₁₁ bis B₁₈ gegeben.

Jedes der Register 100 und 109 der Fig. 8A und 8B besitzt eine einzige Dreistufeneinheit, die drei Ziffernstellen zu speichern vermag. Jedes der Register 101 und 108 besitzt zwei Dreistufeneinheiten, während jedes der Register 102 bis 107 drei Dreistufeneinheiten aufweist. Wie Fig. 8A zeigt, ist die Musterinformation für Spalte Nr. 15 im Speicher M₁ gespeichert. Diese Information wird in einer seriellen Bitfür-Bit-Form über eine Leitung 109' auf den linken Eingang

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des Schieberegisters 101 gegeben. Dann wird diese Information vom Ausgang der zweiten Stufe der linken Einheit des Registers 101 über eine Leitung 90 auf die linke Platte der Austastteileinheit B . in Fig. 7 gegeben.

Entsprechend einem besonderen Aspekt der erfindungsgemäßen Prinzipien ist die in den Fig. 7, 8A und 8B gezeigte Anordnung derart beschaffen, daß sie die acht nächsten Nachbarn oder Adressenpositionen einer jeden der gegenwärtig exponierten Adressen abtastet. So werden beispielsweise die binären Darstellungen, die je die acht nächsten Nachbarn derjenigen Adresse in Spalte Nr. 14, die gegenwärtig von dem durch B₁₁ gesteuerten Strahlenbündel exponiert wird,angegeben, abgetastet und auf eine normale Summierschaltung 110 gegeben. Es sei beispielsweise angenommen, daß das von B₁₁ gesteuerte Strahlenbündel gegenwärtig die 250. Adressenposition in Spalte Nr. 15 exponiert. Signale, die je für die Adressenpositionen 249 und 251 in Spalte Nr. 15 repräsentativ sind, werden in der unteren bzw. oberen Stufe der linken Einheit des Schieberegisters 101 gespeichert. Wie Fig. 8A zeigt, bilden die Ausgänge dieser Stufen zwei der Eingänge der Summierschaltung 110. Zusätzlich werden Signale, welche die drei nächsten Adressen in Spalte Nr. 14 darstellen, in der linken Einheit des Registers 102 gespeichert. Diese Signale werden ebenfalls auf die Summierschaltung 110 gegeben, über-

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2: j

dies werden Signale, welche die drei nächsten Adressen in Spalte Nr. 16 repräsentieren, im Register 100 gespeichert und ebenfalls auf die Summierschaltung 110 gegeben, wie es Fig. 8A zeigt.

Folglich erhält die Summierschaltung 110 der Fig. 8A als Eingangssignale acht binäre Angaben, die je dafür repräsentativ sind, ob die acht nächsten Nachbarn der gegenwärtig exponierten Adresse exponiert worden sind oder exponiert werden werden. Daraufhin liefert die Schaltung 110 ein Ausgangssignal auf Leitung 120, das in Abhängigkeit davon, wieviele der acht abgetasteten Darstellungen "!"-Signale waren, den Wert 0 bis 8 aufweist. Dieses Ausgangssignal wird auf eine in Fig. 7 gezeigte herkömmliche Pegelwählschaltung 122 gegeben.

Die Pegelwählschaltung 122 der Fig. 7 umfaßt sieben Ausgangsleitungen, die, von oben nach unten, mit L₁ bis L₇ bezeichnet sind. Wenn die Summierschaltung 110 ein Ausgangssignal erzeugt, das den Wert 7 oder 8 besitzt, dann liefert lediglich die Ausgangsleitung L₁ ein "1"-Signal. Wenn, als anderes Extrem, die Schaltung 110 ein Ausgangssignal liefert, das den Wert 0 besitzt, dann liefert keine der Ausgangsleitungen L₁ bis L₇ ein "1"-Signal. Im ersten Fall (der anzeigt, daß 7 oder 8 der nächsten Nachbarn exponiert werden), dient das "!"-Signal auf L₁ als Sperrsignal, um das Gatter 9 daran zu hindern, ein "1"-Signal an seinem Ausgangsan-

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Schluß abzugeben. Folglich wird es keinem B₁₁ zugeführten "1"- oder "exponieren"-Signal erlaubt, in der am weitesten links gelegenen Spalte aus Gattern und Verzögerungseinheiten (Fig. 7) nach unten zu laufen, um "exponieren"-Signale an irgendwelche der anderen Austastteileinheiten B_?1 bis Bg₁ zu liefern. Folglich kann in d.iesem Fall nur an B₁₁ ein "1"- oder "exponieren"-Signal angelegt werden. Die je von B_?1 bis B₈₁ gesteuerten Strahlenbündel werden daher nicht so gerichtet, daß sie die gegenwärtig vom B₁₁-Strahlenbündel exponierte Adresse exponieren. Folglich ist die Gesamtdosis, welche die gegenwärtige Adresse empfängt, nur ein Achtel der maximal möglichen Dosis (wenn eine gleiche Dosis von jedem Strahlenbündel angenommenwird).

Im zuvor erwähnten anderen Fall, in welchem keine der Leitungen L₁ bis L₇ der Fig. 7 ein "1"-Signal liefert, erhält die gegenwärtige Adresse wiederholteDosen, in geeignet zeitlich gesteuerten Intervallen, von den Strahlenbündeln, die je durch die entsprechende der Teileinheiten B_?1 bis Bg₁ gesteuert werden. In diesem Fall wird die maximal mögliche Dosis auf die gegenwärtig exponierte Adresse gegeben. Für die anderen Fälle, in welchen die Summierschaltung 110 der Fig. 8a Ausgangssignale mit einem der Werte 1 bis 6 erzeugt, wird von der Pegelwählschaltung 122 (Fig. 7) ein "1"-Ausgangssignal nur auf L₇, L,, L_n.* L., L-. bzw. L- gegeben. Jedes dieser "!"-Signale bewirkt, daß zugelassen wird, daß eine

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bestimmte Anzahl der von B₀.. bis B₀₁ gesteuerten Strahlen-

z\ öl

bündel die gegenwärtig vom B₁ .-Strahlenbündel exponierte Adresse exponiert.

In einer Weise, die exakt der zuvor beschriebenen und in den Fig. 7, 8A und 8B gezeigten gleich ist, werden eine Abtastung, eine Summierung, eine Pegelauswahl, eine Signalverzögerung und eine Steuerung während einer jeden y-Richtung-Abtastung für die Austastteileinheiten B_„ bis B_R?, B„, bis ^B83' ^B24 ^{bis B}84' ^B25 ^{bis B}85' ^B26 ^{bis B}86' ^B27 ^{bis B}87 ^Und Bpo bis Boo ausgeführt. Auf diese Weise werden acht Spalten gleichzeitig abgetastet, wobei die einer jeden Adressenposition gelieferte Dosis in Übereinstimmung mit der zuvor angegebenen besonderen, beispielweisen Regel bestimmt wird.

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Claims

BLUIS/IBACH · WESER · BERGiPN . KRAMER ZWIRNER . HIRSCH · BREHM

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Patentconsult Radedcestraße 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patenlconsult Patentconsult Sonnenberger Strabe 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Palentconsult

Western Electric Company, Incorporated Pease 7 New York, N. Y. 10038, USA

Vielfachelektronenstrahlenbündel-Expositionssystern

Patentansprüche

.) Hochgeschwindigkeitsverfahren zur Festlegung von hochaufgelösten Mikrominiaturmustern in einer strahlung serapfindlichen.Schicht, bei dem ein Feld von Strahlenbündeln erzeugt, das Strahlenbündeleld so gerichtet wird, daß es auf die Oberfläche der Schicht auftrifft, so daß auf dieser ein Feld einer Vielzahl von einen Abstand voneinander aufweisenden Strahlungsflecken erscheint, und eine Rasterablenkung der Flecken durchgeführt wird, um die Oberfläche im Einklang abzutasten,

dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Flecken in dem Feld während des Abtastens unabhängig und selektiv ausgetastet werden.

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München: R. Kramer Dipl.-Ing. . W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · P. Hirsch Dipl.-Ing. · H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. · P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-lng.
2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß eine lineare Reihe von Strahlenbündeln erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweidxmensionales Feld von Strahlenbündeln, die in Reihen und Spalten angeordnet sind, erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsdosis, die einer jeden Adressenposition in einer Spalte auf der Oberfläche geliefert wird, gesteuert wird, während eine entsprechende Spalte von Flecken über dieser abgetastet wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,

gekennzeichnet durch ein viele Öffnungen aufweisendes

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Plattenteil (28) und eine Vorrichtung (18, 22, 26) zur gleichförmigen Bestrahlung einer Seite des Plattenteils mit einem Strahlenbündel zur Bildung einer Vielzahl von Strahlenbündeln, die je auf der anderen Seite des Plattenteils von den dieses durchdringenden öffnungen

ausgehen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß das Plattenteil eine lineare Anordnung von Durchgangsöffnungen zur Bildung eines entsprechenden linearen Feldes von Strahlenbündeln umfaßt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (16) zur mechanischen Bewegung des Werkstücks in einer ersten Richtung vorgesehen ist und daß die Abtasteinrichtung eine Vorrichtung (46) zur wiederholten gemeinschaftlichen Abtastung des Strahlenbündeleldes über der Oberfläche des Werkstücks in einer verschachtelten Weise in einer zur ersten Richtung senkrecht verlaufenden Richtung aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß vielfach-Elektronenstrahlen-

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bündel in einer Matrix aus Reihen und Spalten angeordnet sind, daß die Reihen parallel zur Richtung der mechanischen Bewegung des Werkstücks und die Spalten parallel zur Abtastrichtung verlaufen, daß benachbarte Spalten der Strahlenbündel auf der Resistoberflache einen Abstand voneinander aufweisen, der einer Vielzahl von Adressenpositionen (Fig. 6) entspricht, daß eine Austastvorrichtung (30, 36) unabhängige Austastteileinheiten (Fig. 3, 4, 5) aufweist, die je einem anderen der Feldstrahlenbündel zugeordnet sind und ebenfalls in einer Matrix aus Reihen und Spalten angeordnet sind, und daß eine Vorrichtung (14, 15) vorgesehen ist, mit der einzelne Austastsignale im Einklang an die Teileinheiten angelegt werden, wenn das Strahlenbündelfeld über der Oberfläche der Resistschicht in verschachtelter Weise Spalte für Spalte abgetastet wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,

gekennzeichnet durch eine SignalZuführungsvorrichtung (14, 15) einschließlich einer Einrichtung zum Speichern digitaler Darstellungen, die anzeigen, ob jede Adressenposition in einer abzutastenden Spalte exponiert werden soll oder nicht, eine Vorrichtung (14) zum jeweiligen

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Anlegen der gespeicherten Darstellungen an die Austastteileinheiten in der ersten Reihe der Matrix, um die Exposition bestimmter entsprechender Adressenpositionen in einen Abstand voneinander aufweisenden Spalten an der Oberfläche der Resistschicht während deren Abtastung zu steuern, eine Vorrichtung (110, 111) zur Erzeugung von Signalen, welche die Anzahl der Adressenpositionen angeben, die in der Nachbarschaft der bestimmten, gegenwärtig exponierten Positionen exponiert worden sind oder exponiert werden werden, und eine auf die Signalerzeugungsvorrichtung ansprechende Vorrichtung (122) zur Steuerung einer speziellen Anzahl der zusätzlichen Teileinheiten in jeder Spalte, um auch die bestimmten Positionen mit den ihnen jeweils zugeordneten Strahlenbündeln in aufeinanderfolgenden, zeitlich gesteuerten Intervallen zu exponieren.

ORIGINAL INSPECTED 8 0 9 8 3 9 / Q 8 8 1